某高速公路跨渭河特大桥桩基防冲刷下切防护施工技术要点探讨

韩 拓，张琳鹏，翟金萍

（1.陕西丞海水务工程有限公司,陕西 西安 710000；2.西安景天水利水电勘察设计咨询有限公司,陕西 西安 710000）

1 工程概况

某高速公路跨渭河特大桥,桥梁上部结构形式为简支连续预应力混凝土连续箱梁和现浇钢筋混凝土连续箱梁,下部为柱式桥墩,埋置式桥台,基础均采用钻孔灌注摩擦桩基础。该桥上下游河道内自桥梁建成后水流冲刷引起河床下切,致使位于主河槽中的桥墩（1#桩、2#桩、3#桩）桩基外露,墩柱的设置压缩了主槽行洪面积,导致下游河道流速增大,增大了下游桥墩的局部冲刷深度,加剧了原桥梁桩基外露速度。为防止河道在发生洪水时进一步下切,桥梁桩柱造成进一步冲深,因此需要制定一套桩基防护技术,保障桥梁安全度汛和行车安全。

2 工程地质条件

钻孔取原状土样68件,扰动样176件、现场做标贯试验87次,依据地基土（亚粘土）成因,分层统计地基上的物理力学性质指标,统计结果见表1。

表1 物理力学性质指标统计表

桥位区各类地基土其成因不同,沉积时代及颗粒配等差异工程特性明显不同。河漫滩及阶地上部,冲积相亚砂土及亚粘土,一般含水量较高,力学强度较低。河漫滩及阶地中下部,冲积相亚粘土则较硬,土质致密均匀、压缩性中等,力学强度高。厚度较大的中粗砂及砾石则呈饱和状态,中密～密实。地基承载力较高。

3 桩基防护施工技术比选

基于不同原理,将冲刷防护措施分为主动防护和被动防护。其中：主动防护,即旨在改变或减小水流原来的水力特性,降低来流强度,或使其改变流向,即减弱向下射流和马蹄形旋涡对桥梁基础的冲刷效应；被动防护,即旨在桥梁基础周围的河床铺设保护层,提高桥梁基础对来流剪切应力的抵抗力,以保护下层易受冲刷的泥沙[1]。

1）方案一：水下加强桩基基础。

2）方案二：桥下游修建铅丝笼石护挡+护挡前抛石+护挡前吹填落淤。

方案一采用深水无底钢套围堰,其施工复杂,风险大,成本高[2]。方案二在桥下游设置铅丝笼石护挡,再对其前方抛填以加固防护。优点是可以采用大型吊装设备,“人材机”高强度施工配合,可快速完成防护任务,满足度汛要求。缺点是桥下抛填施工精度低,质量控制难度和强度大。

该项目临近汛期,拟尽快实施防护方案,经过综合考量,采取方案二：在桥的下游采用修筑铅丝笼石护挡,在护挡前进行抛石,后在护挡前及至桥的上游纵向30 m进行吹填落淤,使整个抛石区域充填泥沙密实,可减缓或者消除桩基河床下切的可能。

4 桩基防冲刷下切防护施工技术要点

4.1 修筑铅丝笼石护挡

4.1.1 制作宾格石笼

在200 t吊车实施吊装范围内,人工装填宾格石笼网兜（规格2 m×1 m×1 m）,铅丝石笼所选石料应为配级良好的石料,块石粒径控制在30 cm～50 cm,剔除最长边小于网眼的块石,内隔板应垂直放置并应与格宾石笼面板绑扎、绞合,再行封盖。采用高镀锌铅丝单根缠绕成双股,由顶部角端扎紧两条主边框铅丝,再向下每间隔200 mm捆结,直至底部角端,确保在吊装时牢固。

4.1.2 石笼水下修筑铅丝笼石护挡

铅丝笼石护挡在桥下游铺砌,人工配合机械将已装填的格宾石笼网兜,从3 号桩基开始铺砌。铺砌高度沿河床底至原设计冲刷线高程；对于河床两侧超出原设计冲刷线高程的滩面进行单层铅丝石笼砌护,砌护高度为1 m,砌护范围至现状主槽岸坡处。铅丝石笼沿水流方向砌护宽度为45 m,迎水侧和背水侧坡比均为1∶3。按照每一排铅丝石笼的位置线依次进行铺砌,且需错茬铺砌。设置铅丝笼石护挡的横断面见图1。

图1 铅丝笼石护挡的横断面图

4.2 桩柱的防护

在桥桩柱周围4 m范围内填充沙袋,沙袋高度1.5 m,以防止抛石过程中石块对桩柱造成撞击。

4.3 桥下抛填石料

采用“总量控制,局部调整”的原则施工,从抛投量和抛投均匀性两方面有效控制施工质量[2]。根据施工范围和船型,布设定位网格,计算出GPS在施工坐标系下定位位置,自航抛石运输船送入施工区域,GPS引导运输船搅缆初步驻位,两台GPS流动站分别测定船首和船尾的施工坐标,同时调整船位到指定位置,准确驻位。抛填以前应进行试抛,找到抛填石料的漂移方向和距离,以确定抛石位置。首先对桥下游进行抛填,利用施工控制网根据运输船宽度将施工区域分为若干网格,运输船顺堤轴线方向利用船上GPS引导驻位。测深仪自动测量目标区的抛填前高程,计算机自动指示网格内抛填数量。施工中随时测量、补抛,抛填完毕后,移船进行下一网格抛填。桥下抛填块石与桥墩之间间隔4 m,采用抛填沙袋的方式进行铺砌,桥下抛填块石前先抛填沙袋,以避免抛填过程中石块直接撞击桥墩。见图2、图3船上抛石应准确定位,自下而上抛投,并及时探测水下抛石深度、厚度；施工完成后应定期对墩柱下抛石的情况进行监测。

图2 桩基防护技术纵断面图

图3 桩基防护平面图

4.4 吹填回淤

河床铺砌完成后,在迎水面利用吹填的方式实施回淤封填,回淤高度与桥下铅丝笼石护挡高度一致。根据相关规范条例要求：任何单位和个人不得在桥梁跨越的河道上下游的下列范围内采砂,桥长500 m以上的铁路桥梁,河道上游500 m,下游3000 m。该项目吹填工程施工宜采用顺流施工方式,因此选择桥上游500 m以上区域实施吹填。吹填取料区域选取,应选取泥沙颗粒粗,土含量低的区域。并且取料后,不可改变河势。

吹填回淤是利用产自芬兰的WATER MASTER IV型作业船,在桥上游500 m以上区域,布设排泥管输送至2 号桥墩周围。该设备流量效率600 m3/h,经过现场在管道的前后段浓度取样,吹填工艺泥沙浓度在32.5%～33.3%,泥沙产量195 m3/h。吹填落淤过程中,每2 小时对管口落淤的厚度和速率进行至少1 次的抽检,以便调整管口位置和作业船的工作效率。根据设计要求,吹填回淤的厚度为桥下厚度0.8 m、桥上游1m。经过现场的吹填试验,决定分两次分层回填,从而满足设计要求的吹填高程、吹填平整度。

5 结论和建议

本次桥梁桩基基床防止下切防护工程,所实施的修筑桥下游的铅丝笼石护挡、护挡前的抛石回填和吹填回淤的技术运用,是水利工程和公路工程技术的一次结合。工程完工后,历经二次洪水的考验,经过现场测量和观测,桩基的基床下切得到了有效控制,顺利完成了桥梁安全度汛,同时也保障了公路行车安全。通过本工程的实施,提出几点建议：

1）养护单位应在汛期到来前对大桥的上下游影响行洪的物体、林木和高秆作物等进行及时清理。

2）大桥桥下所进行的任何土方作业,在完工后,应校核行洪断面,确保原有断面不减少,否则将会增加桩基河床的下切,对桥梁造成安全隐患。

3）加强对桥梁基础冲刷监测技术的应用和普及,日常做好现场监测数据[3]的采集,可较好指导桥梁养护运营单位,及时采取防护措施,以防患于未然,为同类工程桩基冲刷防护提供借鉴。